As a model of the chemical weathering of silicate minerals by acidic solution, surface alteration of acid-leached mica (biotite (K_<0.91>Na_<0.01>) (Fe_<2.61>Mg_<0.03>Mn_<0.09>Ti_<0.03>Al_<0.24>) Al_<1.22>Si_<2.78>O_<10> (OH, F) _2) was examined by secondary ion mass spectrometry (SIMS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Iron, magnesium, potassium and aluminum were selectively leached during acid dissolution (0.05 moll^<-1>H_2S0_4), resulting in the formation of an altered layer rich in Si (SiO_2*nH_2O) on biotite surface. After acid dissolution for one week, the thickness of altered surface layer was estimated to be about 100 nm.Although the dissolution conditions used in this study were drastic compared with those during natural weathering, the experimental results reflect the possible changes occurring in the surface chemical composition of biotite during chemical weathering. This work supports the following dissolution process for trioctahedral mica in acidic solution. At
… Morethe initial stage, divalent cations (Fe^<2+> and Mg^<2+>) in the octahedral site and K^+ ion in the interlayer cation site are selectively removed. This is followed by leaching of Al^<3+> ion in the tetrahedral site, resulting in breakdown of the aluminosilicate layer of mica and the formation of an altered layer rich in Si (SiO_2*nH_2O) at the mica surface during acid dissolution. The release of Si from the top surface of the altered layer into solution is the slowest reaction in the dissolution process.The overall dissolution of mica proceeds gradually through these steps, the thickness of the altered layer depending on the rate of Si dissolution.酸による溶解反応では、黒雲母表面に、SiO2・nH20の組成を持つ表面溶脱層の形成が確認され、硫酸と1週間反応した黒雲母では、表面溶脱層の厚さが約100nmと見積もられた。また、硫酸と反応した黒雲母表面には割れ目や表面層の剥離があり、酸による黒雲母の溶解は不均一に進行することが示された。酸による溶解と対照的に、アルカリ溶液との反応では、Siに富む表面溶脱層は形成されず、黒雲母は均一に溶解することが分かった。今回の実験からケイ酸塩鉱物の化学的風化、溶解反応メカニズムに関する基礎的知見が得られた。ケイ酸塩鉱物の酸による溶解反応では、溶解の初期段階でSi以外の陽イオンの溶脱(Hとのイオン交換反応)が進み、鉱物表面にSiO2・nH2Oの組成を持つ表面溶脱層が形成される。さらに内部の変質していない鉱物層からこの表面溶脱層を拡散して陽イオンが溶液内に溶け出し、また最表面層からSiが溶出することにより、ケイ酸塩鉱物全体の溶解が進行して行くものと推定される。一方、アルカリ溶液中では、ケイ酸塩鉱物の溶解は最表面から均一に進行して行き、もとの鉱物組成と異なる表面層は形成されないと考えられ、ケイ酸塩鉱物の化学的風化のメカニズムは、溶液のpHに依存して変化する。 Less